Р4 - Р7 59 35,75

Р71 - Р10 59 35,75

Р10 - Р13 50 30,3

Р13 - Р16 42 25,45

Р16 - Р19 30 18,18

В соответствии с таблицей нормализованных ящиков резисторов НФ 1А выбираем для ступеней Р1 - Р4, Р4 - Р7, Р7 - Р10 ящик 2ТД.754.054-06, имеющий длительный ток 102 А и сопротивление 0,48 Ом. Для ступеней Р10 - Р13, Р13 - Р16 выбираем ящик 2ТД.754.054-08, имеющий длительный ток 64 А и сопротивление 1,28 Ом. Для ступеней Р16 - Р19, выбираем ящик 2ТД.754.054-11, имеющий длительный ток 41 А и сопротивление 3,1 Ом. Схема включения одной фазы резистора приведена на рисунке - 6.1

0,096 0,196 0,352 0,512 1,444 1,387

Р1 Р4 Р7 Р10 Р13 Р16 Р19

Рисунок 6.1 - Схемы соединения ящиков резисторов.

Рассчитаем отклонение сопротивлений от расчета и данные занесем в таблицу - 6.1:

R% = * 100%, (6.10)

Таблица 6.1 - Отклонения сопротивлений от расчета.

Учитывая что, длительные токи выбранных ящиков сопротивлений соответствуют расчетным значениям токов ступеней и отклонение сопротивлений отдельных ступеней от расчетных значений не превышает 15% , а отклонение общего сопротивления резистора не превышает 5% его расчетного значения, резистор выбран правильно.

Проверки по кратковременному режиму не производим, так как расчетный ток Iр=60,61 А близок к длительному току пусковых ступеней.

7. Расчет естественных и искусственных механических характеристик электродвигателя и механизма подъема мостового крана

Целью расчета является расчет и построение естественной и искусственных механических характеристик электродвигателя и механизма подъёма мостового крана.

Исходными данными являются технические данные выбранного электродвигателя МТН 512-6 пункта 5, и механизма подъёма пункта 3, а также данные обмоток ротора и статора:

r1=0,065 Ом - активное сопротивление обмотки статора;

Определим номинальное скольжение

S н=, (7.1)

где w0 = ==104,6 рад/с;

wн = ==101,526 рад/с.

sн = =0,03

Номинальный момент

Мн===541,73 Нм (7.2)

Определим коэффициент перегрузочной способности

л = = = 3 (7.3)

Определим критическое скольжение

sкр= sн( л+?(л 2-1)) (7.4)

sкр=0,03(3+v(32-1))=0,17

Определим номинальное активное сопротивление ротора

r2н===2,28 Ом (7.5)

где U2 - напряжение ротора, В;

I2 - ток ротора, А.

Активное сопротивление обмотки ротора

R2вт=R2н•Sн=2,28•0,03=0,068 Ом

Найдём суммарное активное сопротивление роторной цепи для каждой ступени:

R2 =R2вт+R2ВШ

где R2вш - сопротивление реостата в цепи ротора.

R2ВШ1 =0,096 R21 = 0,164

R2ВШ2 =0,292 R22 =0,36

R2ВШ3 = 0,644 R22 =0,712

R2ВШ4 =1,156 R24 =1,224

R2ВШ5 =2,6 R25 =2,668

R2ВШ6 =3,9 R26 =3,968

Для построения механических характеристик зададимся значениями скольжения от 0 до 1 и подставим в выражение:

М = 2 • Ммах. •, (7.8)

где а = = = 0,88

Скольжение на искусственных характеристиках при выбранных значениях sе вычисляются по формуле

sи = sе • (7.9)

Угловые скорости на искусственных характеристиках вычисляются по формуле

wи = w0 • (1- s) (7.10)

Результаты расчётов М, wе, sи, wи при различных значениях s приведены в таблице 7.1

Рассчитаем механическую характеристику механизма подъёма мостового крана

Механические характеристики производственных механизмов рассчитываются по формуле Бланка, Нм:

Мст. = М0 + (Мст.н - М0) • , (7.12.1)

где Мст0 - момент сопротивления трения в движущихся частях, Нм;

Мст.н - момент сопротивления при номинальной скорости, Нм;

- номинальная угловая скорость вращения ротора электродвигателя, рад/с;

- изменяемая угловая скорость вращения ротора электродвигателя, рад/с;

х - показатель степени, который характеризует статический момент при изменении скорости вращения. Для механизмов перемещения и подъёма кранов х = 0. Следователь- но:

Мст. = Мст.н. = , (7.12.2)

где Рст = 65,98 кВт - статическая эквивалентная мощность, пересчитанная на стандартную продолжительность включения, кВт;

- номинальная угловая скорость вращения ротора электродвигателя, рад/с;

Мст. = Мст.н. = = 649,8 Нм.

Построение графика механической характеристики механизма подъёма мостового крана производим на том же графике, где и механическая характеристика выбранного электродвигателя (Рисунок 7.1).

По графику видно, что механическая характеристика механизма подъёма имеет форму прямой линии, из этого следует, что статический момент Мст не зависит от скорости вращения.

Таблица 7.1 - Сводная таблица по результатам расчётов естественной и искусственных механических характеристик электродвигателя.

Рисунок 7.1 - Естественные и искусственные механические характеристики электродвигателя и механизма подъема мостового крана.

8. Расчет переходного процесса электропривода механизма подъема мостового крана

Целью расчета является построение характеристик зависимости момента и угловой скорости вращения электродвигателя от времени при пуске, а также определение времени переходного процесса.

Исходными данными являются технические данные двигателя, пункта 5, его механические характеристики пункта 7, значения выбранных ступеней сопротивлений пункта 6.

По реостатным характеристикам (рисунок 7.1), видно, что электродвигатель можно запустить только по характеристикам 4, 5, 6, поэтому переходной процесс рассчитаем при введенных в цепь ротора сопротивлений rд4, rд5 и rд6.

На рисунке 7 находим установившиеся и начальные значения скоростей на каждой пусковой характеристике.

Характеристика Установившиеся Начальные

скорости рад/с скорости рад/с

4 = 68 =0

5 =88 =54

6 =97 =82

Определяем электромеханическую постоянную времени для каждой ступени, сек.:

Тм = Jприв • (8.3)

где Jприв = 1,37 кг/м2 - момент инерции электропривода;

w0 = 104,6 рад/с - угловая скорость идеального холостого хода;

w - начальная скорость;

М1 = 1385,5 Нм момент пуска.

Тм = Jприв • = 1,37 •= 0,126 сек;

Тм = Jприв • = 1,37 •= 0,061 сек;

Тм = Jприв • = 1,37 • = 0,028сек.

Для каждого интервала скорости рассчитаем соответствующий интервал времени, сек.:

t = Тм • ln • (8.4)

где М2 = 779,4 Н м - момент переключения;

Мст = 649,5 Н м- момент статической нагрузки.

t1 = 0,126 • In • = 0,217 сек;

t2 = 0,061 • In • = 0,105 сек;

t3 = 0,028 • In • = 0,048 сек.

Определим время переходного процесса:

t = t1 + t2 + t3 = 0,217 + 0,105 + 0,048 = 0,37 сек. (8.5)

Зависимость w=(t) для каждой ступени можно рассчитать по уравнению изменения угловой скорости во времени:

w = wуст. • (1 - е-t/Tм)+wнач•e-t/Tм, (8.6)

где wуст. - установившаяся угловая скорость, рад/с.

Зависимость М=(t) для каждой ступени можно рассчитать по уравнению изменения момента во времени:

М = Муст. • (1 - е-t/Tм) + М1 • е-t/Tм (8.7)

Результаты расчета занесем в таблицу 8.1 (для rд4), таблицу 8.2 (для rд5) и таблицу 8.3 (для rд6).

Таблица 8.1 - Расчетные данные необходимые для построения графиков зависимостей w=(t) и М=(t).

Таблица 8.2 - Расчетные данные необходимые для построения графиков зависимостей w=(t) и М=(t).

Таблица 8.3 - Расчетные данные необходимые для построения графиков зависимостей w=(t) и М=(t).

По данным таблицы 8.1 строим графики переходного процесса w=(t) и М=(t), изображенных на рисунке 8.1.

М,Нм , рад/с

t, сек

Рисунок 8.1 - График переходного процесса

9. Выбор аппаратуры управления и защиты электропривода механизма подъема мостового крана

Целью расчета является выбор магнитного контроллера, контакторов, магнитных пускателей, реле защиты от токов перегрузки, конечных выключателей электропривода, и защитной панели.

Исходными данными являются технические данные электродвигателя пункта 5, режим работы крана.

Выбор магнитного контроллера

Магнитные контроллеры представляют собой сложные комплектные коммутационные устройства для управления крановыми электроприводами. В магнитных контроллерах коммутация главных цепей осуществляется с помощью контакторов с электромагнитным приводом.

Выбор магнитных контроллеров для крановых механизмов определяется режимом работы механизма и зависит от параметров износостойкости контакторов. Магнитные контроллеры должны быть рассчитаны на коммутацию наибольших допустимых значений тока включения, а номинальный ток их Iн должен быть равен или больше расчетного тока двигателя при заданных условиях эксплуатации и заданных режимах работы механизма:

Iн Iр*к (9.1)

где к = 0,8- коэффициент, учитывающий режим работы механизма.

Выберем магнитный контроллер серии ТСАЗ160, так как он удовлетворяет условию выбора:

Iн = 160 А 68,8 А = 86 0,8 = Iр к

Таблица 9.1 - Технические данные магнитного контроллера ТСАЗ160.

Выбор контакторов

Контакторы используются в системах управления крановыми электроприводами для осуществления коммутации тока в главных цепях при дистанционном управлении.

Контакторы серий КТ и КТП предназначены для коммутации главных цепей электроприводов переменного тока с номинальным напряжением 380 В.

Контакторы серии КТП выполняются с втягивающими катушками постоянного тока на номинальное напряжение: 24, 48, 110 и 220 В. Серии контакторов КТП применяемые в крановых ЭП, охватывают четыре величины на номинальные токи: 100, 160, 250 и 400 А.

Выбор контактора произведем по пусковому току двигателя Iп, который должен быть меньше или равен номинальному току включения выбираемого контактора Iн.в.

Iп Iн.в (9.2)

Выберем контактор серии КТП6024, так как он удовлетворяет условию выбора:

Iп = 86 А 120 А = Iн.в

Таблица 9.2 - Технические данные контактора серии КТП6014.

Выбор защитной панели

Защитная панель крана является комплектным устройством, в котором расположен общий рубильник питания крана, линейный контактор для обеспечения нулевой защиты и размыкания цепи при срабатывании нулевой защиты, предохранители цепи управления, комплект максимальных реле, а также кнопка и пакетный выключатель, используемый в цепях управления.

Основным назначением защитной панели является обеспечение максимальной и нулевой защиты электроприводов управляемых при помощи кулачковых контроллеров или магнитных контроллеров.

Конструктивно защитная панель представляет собой металлический шкаф с установленными в нем на задней стенке аппаратами и существующим монтажом. В защитной панели установлены только основные и вспомогательные контакты максимальных реле с приводными скобами.

Укомплектуем данный кран защитной панелью типа ПЗКБ 160.

Таблица 9.3 - Технические данные защитной панели типа ПЗКБ 160.

Выбор реле защиты от перегрузок

Обеспечение максимальной и нулевой защиты крановых электроприводов управляемых при помощи магнитных контроллеров возлагается на защитные панели.

Для защиты цепей кранового электрооборудования от перегрузок применяется электромагнитное реле мгновенного действия типа РЭО401, которые могут использоваться как в цепях переменного тока, так и постоянного тока. Эти реле входят в комплект защитных панелей. Чтобы защитить двигатель от перегрузки, достаточно иметь электромагнитное реле РЭО401 в одной фазе каждого двигателя. В остальные фазы реле ставится только для защиты проводов.

Реле для отдельных электродвигателей выбирается согласно их мощности и напряжению, и настраиваются на ток срабатывания, равный 2,5-кратному расчетному току номинальной нагрузки для ПВ=40%:

2,5*I1 Iреле (9.4)

Выберем реле серии РЭО401, так как оно удовлетворяет условию выбора:

2,5 I1 = 2,5 99 = 247,5 А 375 А = Iреле

Таблица 9.4 - Технические данные реле РЭО 401.

Выбор конечных выключателей

Защита от перехода механизмом предельных положений осуществляется конечными и путевыми выключателями. Эта защита обязательна к применению для всех механизмов крана.

Контакты конечных выключателей включены в цепь катушки линейного контактора защитной панели и в цепь нулевой защиты магнитных контроллеров.

Для механизма подъема выберем конечный выключатель типа КУ703.

Таблица 9.5 - Технические данные кранового конечного выключателя.

10. Расчет и выбор тормозного устройства

Целью данного расчета является определение тормозного момента и выбор по нему типа тормоза, а также проверка по допустимой потере мощности выбранного тормоза.

Исходными данными являются технические данные механизма подъёма мостового крана п. 3 и технические данные выбранного электродвигателя п. 5.

В грузоподъемных машинах тормоз является важнейшим элементом, обеспечивающим безопасность эксплуатации, поэтому наиболее важные условия выбора, установки и функционирования тормозов регламентированы действующими правилами безопасной эксплуатации кранов утвержденных, Госгортехнадзором. В соответствии с этим каждый подъемный механизм грузоподъемной машины должен снабжаться нормально замкнутым тормозом, расположенным на таком участке кинематической схемы, который имеет неразъемную, под нагрузкой связь с выходным валом передаточного механизма. Подъемные механизмы, которые служат для передвижения жидкого металла, должны иметь два нормально замкнутых независимых тормоза. При этом наличие в кинематической цепи двух тормозов обязательно для двух двигательных механизмов, при аварийном механическом отключении одного из двигателей.

Основным параметром тормоза является гарантированно развиваемый им тормозной момент. Тормозной момент определяется усилием на измерительном рычаге, при котором начинается проскальзывание шкива или дисков тормоза. Согласно правилам Госгортехнадзора, каждый из установленных на механизме механических тормозов должен удерживать груз, составляющий 125% номинального, при его остановке только с помощью этого тормоза.

Определяем расчетный момент тормоза, Нм

Мтр = (10.1)

где Qн - номинальная грузоподъемность, т;

vн - номинальная скорость подъема, м/с;

нагр - КПД механизма для номинальной нагрузки;

nнт - номинальная частота вращения тормозного шкива, соответствующая скорости Vн , об/мин.

Мтр = = 455,8 Нм.

Определяем тормозной момент с учетом режимов работы механизма подъема, Нм

Мт=kзт•Мтр (10.1)

где kзт - коэффициент запаса тормоза 1 таблица 5 - 1. Для двойного тормоза и режима работы С, kзт = 1,25.

Мт = 1,25 •455,8 = 569,7 Нм.

Выбираю тормозной электромагнит переменного тока серии КМТ 4А имеющего следующие технические данные

Данные тормоза:

диаметр шкива, мм (м) 400 (0,4)

тормозной момент, Нм 1300

Данные электромагнита:

тяговое усилие, 700 Н

масса якоря, 24 кг

максимальный ход, 50 мм

допустимое число включений в час 300

время включения, сек 0,2

время отключения, сек 0,25

полная мощность, В*А:

при включении 38000

во включенном состоянии 1900

потребляемая мощность, Вт 400

Определяем допустимую мощность потерь на трение, Вт

Рдоп = 360 * D * (10 * D + 1), (10.4)

где D - диаметр тормозного шкива, м.

Рдоп = 360 * 0,4 * (10 * 0,4 + 1) = 720 Вт.

Действительная мощность потерь при торможении, Вт

Р = (10.5)

где GDобщ2 - суммарный маховый момент всех элементов, кг*м2;

nн - номинальная частота вращения, об/мин;

Nт - число торможений в час;

D - диапазон регулирования, характеризующий с какой скорости начинается торможение;

Мт - номинальный момент тормоза, Нм;

Мс.max - наибольший момент статической нагрузки, Нм.

Р = =186 Вт.

Проверяем выбранный тормоз на выполнение условия выбора по тепловому режиму

Рдоп = 720 Вт 186 Вт = Р

Условие выполняется, поэтому окончательно выбираем тормоз КМТ 4А.

11. Расчет освещения помещения

Целью расчета является выбор количества светильников, определение мощности источников света, расположение их в помещение цеха, а также расчет осветительной сети.

Исходными данными являются: назначение цеха (литейный цех) и его размеры:

А = 62 м - длина;

В = 15,5 м - ширина;

Н = 10 м - высота.

hр - пол

В качестве источников света выбираем дуговую ртутную лампу высокого давления для общего освещения типа ДРЛ, так как 1) высота помещения превышает 6м; 2) ДРЛ удобна в эксплуатации: Рассчитаны на большие сроки службы, имеют большой световой поток, высокую световую отдачу и незначительные размеры, выпускаются на большие мощности; 3) работа ДРЛ не зависит от температуры окружающей среды.

Норма освещенности для данного производственного помещения: Еmin=200 Лк.

Для производственного помещения выбираем рабочее равномерное общее освещение, а также аварийное освещение.

В качестве светильника выбираем светильник типа РСП 13 со степенью защиты 53 , классом светораспределения - П, КСС в нижнюю полусферу глубокий Г1 (0,8-1,2).

Расстояние от светильника до рабочей поверхности, м:

Нр = Н - (hс - hр ) (11.5)

где Н = 10 м- высота помещения;

hс = 0,7 м - высота свеса;

hр = 0 м - высота рабочей поверхности (пол).

Нр = 10 - (0,7 + 0) = 9,3 м.

Расстояние между светильниками для КСС Г1:

L = (0,8 - 1,2) • Нр = 0,8 * 9,3 = 7,44 м. (11.6)

Расстояние от края светильника до стен:

l = 0,5 • L = 0,5 • 7,44 = 3,72 м. (11.7)

Количество светильников в ряду:

nа = = = 8 шт. (11.8)

Количество рядов:

nв = = = 2 шт. (11.9)

Общее количество светильников:

nc = nв • nа = 8 * 2 = 16 шт. (11.10)

Расстояние между светильниками в одном ряду:

LА= = = 7,79 м. (11.11)

Расстояние между рядами:

LВ= = = 8,06 м. (11.12)

Определяем показатель помещения согласно рекомендации :

i = = = 1,334 (11.13)

По справочнику с учётом коэффициентов отражения и показателя помещения находим коэффициент использования светового потока при пот=0,5; ст=0,3; п=0,1:

u = 73%

Рассчитаем световой поток одой лампы в Лм, если коэффициент минимальной освещённости z = Еср / Еmin = 1,2:

Фл = (11.15)

где Kз = 2 - коэффициент запаса;

Еmin - нормированная освещённость, лк.

Фл.р. = = 39493 лм.

По найденному значению Фл подбираем лампу, поток которой должен отличаться не более, чем на (-10 - +20)%.

Принимаем лампу ДРЛ 700(6) - 3 имеющую следующие технические данные:

номинальная мощность лампы Рн = 700 Вт;

световой поток Фл = 40,6 клм.

Общая мощность световой установки:

Руст = Рл * nсв = 700 • 16 = 11200 Вт. (11.17)

Составим схему расположения светильников рабочего освещения в цехе (рисунок 11.1)

Рисунок 11.1 - План расположения светильников в литейном цехе.

Для проверки, определим по плану помещения координаты точки А, в которой предполагается минимальная освещенность, и по кривой силы света Г1, используя справочник 7 определим минимальные освещенности от ближайших светильников.

d1 = = = 5,6 м; (11.20.1)

d2 = = = 12,36 м; (11.20.2)

По пространственным изолюксам согласно в зависимости от Нр и расстояния d находим близ лежащую кривую на которой указана освещенность е.

(Нр; d1) е1 = 2,5 лк;

(Нр; d2) е2 = 0,54 лк.

Определим суммарную освещённость для точки А.

е =4•е1 + 2•е2 = 4•2,5 + 2•0,54 = 11,08 лк. (11.21)

Определить фактическую освещённость в точке А при =1:

Е = = = 225 лк. (11.23)

По результатам проверки точечным методом, правильности выбора источников света методом коэффициента использования можно сделать вывод, что выбор был произведен правильно, так как фактическая освещенность находится в пределах нормы, и поэтому для рабочего освещения принимаем лампы типа ДРЛ 700(6) - 3.

Для аварийного освещения выбираем лампы типа ЛН (лампы накаливания).

Норма освещенности аварийного освещения составляет не менее 5% от нормы рабочего освещения, то есть:

Е = Еmin • 0,05 = 200 • 0,05 = 10 лк (11.25)

Выбираю светильник типа НСП 20, источник света которого должен иметь мощность 500 Вт, для создания кривой силы света Д3, класс светораспределения светльника - П, степень защиты IP52.

По заданной мощности лампы светильника НСП 20, Рл=500Вт, выберем ЛН типа Г125-135-500 с номинальным световым потоком, Фл=9200 лм.

Определим количество ламп для аварийного освещения преобразовав формулу (11.15):

nс = = = 4 шт.

Выбираем светильники типа НСП 20 и расположим их в один ряд по центру на следующих расстояниях:

iв = 7,75 м - расстояние от стен до светильников по ширине;

iа = 8,68 м - расстояние от стен до светильников по длине;

Lа = 14,88 м - расстояние между светильниками.

Рассчитаем осветительную сеть рабочего освещения, схема которой приведена на рисунке 1.12.1, получающую питание от РУНН напряжением 380/220В трансформаторной подстанции. На рисунке групповой щиток освещения установленный в производственном помещении с пыльной средой. Линии освещения питают светильники с лампами ДРЛ, коэффициент мощности которых сos=0,9.

Рисунок 11.2 - Схема осветительной сети рабочего освещения.

Вся сеть выполнена проводом АПРТО в трубах. АПРТО - провод с алюминиевой жилой, с резиновой изоляцией, в оплетке из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным составом.

Для четырех проводной сети 380/220В коэффициент С1 = 46, а для двухпроводной С2=7,7.

Для распределительных линий заменим равномерно распределенную по длине нагрузку сосредоточенной в середине линии, для чего определим приведенную длину распределительных линий, м:

Iприв = l0 + (11.33)

где l0 - расстояние от пункта питания до точки присоединения первой нагрузки, м;

l - длина участка сети с равномерно распределенной нагрузкой, м.

= 8 + = 35,28 м;

= 8 + = 35,28 м.

Определим моменты всех участков, кВт м:

М = Р * lприв. (11.34)

где, Р - нагрузка распределенная на данном участке, кВт.

М2-3 = 5,6 * 35,28 = 197,568 кВт м;

М2-4 = 5,6 * 35,28 = 197,568 кВт м.

Определим момент нагрузки питающей линии 1-2.

М1-2 = (Р2-3 + Р2-4) * l1-2 = (5,6 + 5,6) * 100 = 1120 кВт м. (11.35)

Определим сечение линии 1-2, мм2:

s1-2 = (11.36)

где М1-2 - сумма моментов нагрузки данного и всех после -дующих по направлению потока энергии участков осветительной сети, кВт м;

m - сумма моментов нагрузки всех ответвлений, питаемых через данный участок с другим числом проводов, отличным от числа проводов данного участка, кВт м;

пр - коэффициент приведения моментов, зависящий от числа проводов на участке линий и в ответвлении (для трехфазного участка линии с нулевым проводом и однофазным ответвлением пр=1,85);

Uд%- допустимая потеря напряжения, Uд%=5,5%;

С1- коэффициент определенный в п. 11.32.

S1-2 = = 7,3 мм2.

Принимаем стандартное сечение провода АПРТО Sст.1-2 = = 10мм2.

Находим действительную потерю напряжения в линии 1-2.

U1-2 = = = 2,43 % (11.37)

Для участков линий 2-3, 2-4 располагаемая потеря напряжения:

U2-3 = U2-4 = Uд% - U1-2 = 5,5 - 2,43 = 3,07 % (11.38)

Сечения проводов распределительных участков по формуле 11.36:

s2-3= = 8,36 мм2;

s2-4 = = 8,36 мм2.

Принимаем стандартное сечение провода АПРТО для распределительных участков Sст=10 мм2.

Проверим выбранные сечения по длительно допустимому току нагрузки, они должны удовлетворять следующему условию:

Iдоп (11.40)

где Iдоп - длительно допустимый ток провода АПРТО при заданном сечении, А;

Iр - расчетный ток линии, А.

К = 0,95 - поправочный коэффициент на условие прокладки провода при температуре окружающей среды +30о С.

Для двухпроводных распределительных линий токи определяются:

I2-3 = I2-4 = = = 28,3 А (11.41)

Тогда = = 29,8 А.